研究開発された技術紹介

本事業では、UV-BおよびUV-C帯の半導体レーザー向けに必要となる誘電体多層膜を形成可能な「ミニマルALD装置」の開発を行った。具体的には、原料ガスを高速かつ安定的に供給するガス供給系、小型反応室構造、長寿命化排気システムを開発し、実用に耐えるプロセスを確立した。また、装置筐体内に必要機能を集約することで、小型で低コストなALD装置の完成に至った。

本事業では、ミニマルファブにおける3Dプリンター向け半導体紫外レーザー用のミニマル原子層堆積(ALD)装置を開発した。高速動作バルブについては、応答速度5ms未満のソレノイド式高速バルブを採用し、マルチポンプ排気システムとの同期制御により、従来比1/3以下の超短ガスパルス供給を実現した。
さらに、内部レイアウトやソフトウェアの最適化により、アルミナ膜およびハフニア膜で市販ALDと同等性能の成膜を達成し、反射率70%以上のUV-B, UV-C帯向け多層膜堆積に成功した。また、原料ガスの事前解離による低温プロセスを可能とするため、超小型プラズマ源を開発し、ミニマルALD装置をプラズマALD装置へと拡張した。

・1Quick Turn Around Timeを実現するALDプロセス機構の開発
ー応答速度5mm秒以下のソレノイド式の高速バルブを開発
ー超低濃度ガス供給系と小型反応室構造を組み合わせ、効率的かつ安定的な成膜を可能とした
・排気ポンプの長寿命化に関する技術開発
ー累積100時間以上の連続運転でも劣化のない排気システムを開発
・ミニマル装置化
ー内部レイアウト、ソフトウェア最適化
ーアルミナ膜とハフニア膜の成膜に成功し、多層膜で反射率70%以上を達成
・小型プラズマ源ユニットの開発とプラズマALD装置の開発
ー追加搭載可能な超小型プラズマ源を開発し、プラズマALD機能を有する装置を実現

・知財出願に関しては、競合他社への技術流出の恐れがあり、慎重に検討を進めている。
・広報活動に関しては、ミニマルファブシステム研究会の会員及びセミコンをメインとして、告知活動を行っている。

開発したミニマルALD装置は、UV-BおよびUV-C半導体レーザーの反射鏡形成に活用でき、レーザー光源の高効率化・低コスト化に寄与する。航空宇宙産業、医療分野のインプラントや人工関節、精密部品加工など、多品種少量生産を必要とする場面での適用が期待される。

開発した超高速動作バルブ搭載ALD装置で、精密かつ安定した薄膜成膜が可能となり、アルミナ膜・ハフニア膜の多層膜はUV-B、UV-C領域で高い反射率を実現。さらにプラズマALD機能により低温プロセスにも対応し、多品種少量生産での高品質薄膜製造を可能にした。

実用化に向けて、産業技術総合研究所にてプロセステストを実施し、使用上の問題点を洗い出し改善予定。事業化展開として、ファブシステム研究会での装置PRや、SEATECH・セミコン展示会への出展を通じて販路拡大を図る。並行して市場調査を進め、3Dプリンター向けおよび多品種少量製品向けの半導体デバイス市場への参入を推進する。

実用化・事業化にあたっては、装置内部の熱制御や任意波長での屈折率制御に対応する材料・設計の検討が必要であり、さらに装置コスト削減に向けた設計や部材選定も課題となる。また、ALD前後工程であるスパッタリングやエッチングとの協調運用方法を確立することや、市場拡大に向けた顧客評価の取得と販路拡大施策の継続も重要である。